海洋測繪的案例
海洋論壇▏海洋測繪前沿技術及應用研究
隨著我國經濟的快速發展和綜合國力迅速提升，新型智慧城市建設已經步入具體實施階段，許多沿海省份和沿海城市還提出了智慧海岸帶建設、智慧海洋管理等。沿海智慧城市建設、智慧海岸帶建設以及智慧海洋管理，都必須通過海洋測繪技術獲取海洋測繪地理信息成果作為基礎數據。而從國家層面考慮，為加強我國海洋戰略的實施，進一步拓展藍色發展空間，有效提升國家海洋綜合治理能力，減少沿海城市由于快速發展帶來的陸域資源緊張問題，有效緩解環境承載壓力，為經濟發展進一步提供資源保障等，這些都要求我們加快培育海洋測繪市場，加快發展海洋測繪產業，加快開展海洋測繪工作。
一、海洋測繪前沿技術
簡述
海洋測繪是海洋空間地理信息測量與表達的總稱，是研究海洋、江河、湖泊以及毗鄰陸地區域各種幾何、物理、人文等地理空間信息采集、處理、表示、管理和應用的專門學科，是測繪學的重要分支，是所有海洋軍事、海洋科研以及海洋開發利用活動的基礎。以下，結合前段工作實踐，簡述海洋測繪前沿技術（如圖1所示）。
圖1海洋測繪前沿技術
⒈關于海洋大地測量
海洋大地測量是陸地大地測量在海域、海區的延展，作為測繪基礎，海洋大地測量為海洋測繪建立重力、磁力、平面、高程基準體系。除海洋物理大地測量（海洋重力、磁力測量），還包括建立海洋基本控制。平面控制是陸地坐標系統向海洋的拓展延伸；海洋垂直基準包括陸地高程基準、平均海平面和深度基準面。近年來，衛星測高、GNSS系統等相關技術快速進步并迅速普及，海洋垂直基準數據源與表達方式產生了深刻變革。
⒉關于海洋導航定位
所有的海洋活動基本上都需要基于位置的服務目前，主要是借助GNSS聯合系統（中國北斗、美國GPS以及俄羅斯、歐盟衛星定位系統）提供海上位置的服務。
展開 中國海洋測繪研究趨勢分析
對中國學術期刊出版總庫所收錄的《海洋測繪》近30年的2646篇有效文獻進行科學計量研究，分別對文獻的作者共現網絡、機構共現網絡和關鍵詞共現網絡進行了分析，結果表明《海洋測繪》發文主題主要涉及水深測量、GNSS、海圖制作等領域，發文核心機構以海軍海洋測繪研究所等軍事研究院所為主，核心作者多隸屬同一研究機構，具有密切合作網絡。通過分階段的時間演進分析，表明水深測量、GNSS、海圖制作三大研究主題30年間長久不衰，衛星遙感、北斗導航定位等其他核心主題的研究趨勢不斷增強，熱點主題往往與國內外相關科技發展趨勢相呼應。
引言
《海洋測繪》于1981年創刊，由海軍海洋測繪研究所主辦[1]，是我國海洋測繪研究領域最為重要的學術性期刊，國內外公開發行，辦刊特色是以報道海洋測繪專業領域為主，刊文主要涉及我國海洋測繪學術科技研究成果和國內外海洋測繪動態，并包括與海洋測繪相關的交叉學科（如物理海洋、水聲學等）研究成果。《海洋測繪》被中國學術期刊綜合評價數據庫、中文核心期刊（遴選）數據庫、中文期刊數據庫和日本科學技術振興機構數據庫等多個國內外重要數據庫收錄，已連續11年評為“中國科技核心期刊”。2021年3月，依據文獻計量學原理和方法，經過學科專家評審，《海洋測繪》入編《中文核心期刊要目總覽》測繪學類的核心期刊表（北大核心）。
作為反映中國海洋測繪最高研究水平的學術型刊物，在《海洋測繪》創刊40周年及入編北大核心之際，有必要通過科學文獻計量方法，分析其歷史載文的機構、作者和熱點主題特征，探討我國海洋測繪近幾十年研究的觀點、方法、技術和實踐的相關演變。文獻計量是利用數學和統計學方法定量分析科技文獻外部特征，包括文獻的分布結構、數量關系、變化規律和共現聚類等，進而揭示學術研究的特征和規律[2]。在一些學術期刊的歷史節點，已有不少學者對期刊進行了出版刊發情況分析。
展開 合成孔徑聲納技術在海底管道探測中的應用進展
[14]牟健，賀惠中，姜峰.SHADOWS合成孔徑聲納系統及性能測試[J].中國海洋大學學報，2011，41(7/8)：159-163.
[15]徐國強，亓發慶，闞長賓，等.淺海海底管道探測技術探討[J].海岸工程，2013，32(2)：20-29.
[16]徐繼尚，李廣雪，曹立華，等.海底管道綜合探測技術及東方1-1管道不穩定因素[J].海洋地質與第四紀地質，2009，29(5)：43-50.
[17]劉昆，牟健，謝敬謙，等.淺析SHADOWS合成孔徑聲納的數據成像處理技術[J].海洋技術，2013，32(2)：56-72.
作者簡介：于灝，女，1978年出生，國家海洋局北海海洋技術保障中心，山東青島人，工程師，主要從事海底探測、海洋調查研究。
本文發表在《海洋測繪》2015年第3期上
展開 海底聲學探測技術裝備綜述
國家海洋局北海海洋技術保障中心購置有2套Seabat7125，此外EM2040已配裝“向陽紅03”號科考船，SONIC2024已配裝“科學”號科考船。
中水型多波束測深聲吶：主流產品主要有EM710和EM712、SeaBeam3030和SeaBeam3050以及Seabat7160等，我國EM710已配裝“嘉庚”號科考船，EM712已配裝“東方紅3”號科考船。
深水型多波束測深聲吶：物理尺寸較大，主要有嵌入式安裝、貼裝（加裝導流罩）和Gondola安裝3種安裝方式。目前深水型多波束測深聲吶可選擇的產品不多，主流產品主要有EM122、Sea Beam3012、HydrosweepDS和Seabat7150等。我國EM122已配裝“向陽紅06”號、“向陽紅19”號、“嘉庚”號和“東方紅3”號等科考船，SeaBeam3012已配裝“向陽紅01”號、“向陽紅03”號和“科學”號等科考船。
我國多波束測深聲吶研究始于20世紀80年代中期，首臺實驗樣機由中國科學院聲學研究所和天津海洋測繪研究所于20世紀80年代末聯合研制成功，首臺聲吶產品由哈爾濱工程大學和天津海洋測繪研究所于1998年聯合研制成功。21世紀以來，在國家“863”計劃等項目的支持下，哈爾濱工程大學、中國科學院聲學研究所、中國船舶重工集團公司第715研究所和浙江大學等單位研究設計了多款樣機和產品。目前我國淺水型多波束測深聲吶已完成多款產品的研制，而深水型多波束測深聲吶還處于實驗樣機階段，未形成產品化。
多波束測深聲吶的發展趨勢主要包括：
通過研究和應用新技術和新算法，進一步提高精度和分辨率。如，相干聲吶技術已越來越受到科研單位和部分廠商的重視，HydrosweepDS 即利用了該技術。
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學者視點▏張文：智能聲吶系統如何洞察海底世界 溪流之海洋人生
海洋浩瀚無垠，海底世界無比豐富，如何探索其中奧秘，得到人們想知道的“答案”呢？
許多人可能第一反應是借助“聲吶”。沒錯，這是一種利用聲波在水中的傳播特性，通過電聲轉換和信息處理，探測各類水下目標的位置、類型、運動方向等屬性的技術。對海底世界的探測和觀察，至今還沒有發現比聲波運用更有效的手段。聲吶系統成為目前海洋技術裝備中應用最廣泛的一項技術。
自第一次世界大戰被用來偵測潛水艇開始，聲吶系統一直是各國海軍進行水下監視、偵測、攻防的“利器”。如對水下目標進行探測、分類、定位和跟蹤，在水下通信、導航，保障各類水面艦艇、水下潛艇、反潛飛機的戰術機動和水中武器使用，等等。
聲吶系統不僅在海洋軍事行動和海戰中發揮重要作用，在經略海洋、發展國民經濟等方面也同樣不可或缺。如水下探測魚群、海洋石油勘探、船舶導航、水文測量和海底地質地貌勘測等，都離不開它。
隨著人類對海洋認知的加深與探測技術的進步，從最初的“水聽器”發展而來的被動聲吶，到有目的發射聲波的主動聲吶，再到兩者相結合的聲吶系統，盡管在技術上得到了突破，但傳統聲吶系統仍難以滿足現實所需。
在計算機技術、人工智能等現代科技大發展的時代背景下，集聲學、海洋科學、電子科學、計算機科學等眾多學科于一身的新一代智能聲吶系統隨之問世。
人工智能，賦予聲吶聰慧“大腦”
人工智能誕生于1956年，它的實質是模擬人的思維過程。
人的大腦在日常生活中，會對不同事物或信息產生不同體驗，并留下印象或記憶，形成經驗。
展開 風機無人機巡檢優勢
背 景
隨著無人機技術的發展，無人機開始在國內應用到包括農業、電力、石油、檢災、林業、氣象、國土資源、警用、海洋水利、測繪、城市規劃等多個行業，特別是測繪和電力巡線兩個領域，無人機應用進入了快速發展期。
當前風力發電葉片一般安裝于偏遠的地區，運行環境惡劣，如較大的風沙侵襲，-30℃至50℃的循環溫差，以及強紫外光的老化等，在運行過程中現場葉片的主要故障種類如下：雷擊損傷、葉片結冰、前緣腐蝕、葉尖排水孔堵塞、邊緣開裂、涂層脫落、橫向豎向裂紋、砂眼、整體結構失效、螺栓斷裂脫落。
對于非表面故障，目測檢測并不能提供太多幫助。對于較小的表面損傷，用高倍望遠鏡檢查不容易發現故障。蜘蛛人和葉片維修平臺檢查是比較徹底的表面檢查，缺點是檢測時間長、費用高、效率低，不適合進行日常巡檢，并且對從業人員素質要求高，存在很大的人員安全風險。
2.
展開 “我曾經跨過山和大海” 測繪無人機未來向何方？
目前，民用無人機在農業植保、電力巡檢、管道巡檢、地理測繪、海洋監測、應急通信等諸多領域實現了廣泛應用，發展前景備受關注。
近年來，在無人機眾多應用場景中，地理測繪成為冉冉升起的“新星”。利用無人機，不僅可以完成地理信息測繪，還能進行建筑、農業、城市等各方面的測繪作業，以滿足經濟、社會發展的需要。此前，在保護、維修長城工作中，我國文物部門就聯合英特爾公司，采用無人機協助測繪。
因而，作為民用無人機主要細分領域，測繪無人機的成長不斷加速，核心技術持續升級，搭載的測繪裝置也愈發專業，整體性能得到了顯著提升，市場規模也保持增長趨勢。受此影響，測繪無人機普及應用日益深入，展現出多元應用優勢，獲得了更多用戶的青睞。
助力傳統測繪作業變革
長期以來，測繪作業都被認為是繁重、艱苦的一項工作。在傳統測繪作業模式下，工作人員需要攜帶專業設備進行長時間工作，或跋山涉水、或穿街走巷，強度大、成本高、效率低，并且還有可能因為惡劣天氣導致測繪作業受到巨大影響，同時測繪人員在作業過程中也面臨著一定的安全隱患。
為了破解傳統測繪面對的困境，推動測繪作業實現新變革，推廣應用測繪無人機十分重要。無人機具有攜帶方便、使用靈活、作業效率較高、受環境影響較小等諸多優勢，可以大幅提升測繪作業效率，降低相關成本投入，并避免測繪人員遭遇不必要的風險。
業內人士表示，當前測繪無人機的應用正逐步走上正軌，規模化商用已經開啟序幕。
展開 科普貼 | 一文秒懂PPP-RTK
技術和用戶需求方面不可取代的優勢，為PPP-RTK在智能駕駛、精準農業、測量測繪、海洋等領域的應用奠定了基礎。尤其在以安全至上的智能駕駛領域，PPP-RTK技術正逐步成為整車廠智能駕駛方案中，實現高精度定位服務的首選。
技術壁壘的突破也讓更多企業意識到了PPP-RTK的重要性。可以預見，PPP-RTK將成為精準定位服務新趨勢，也終將帶領我們開啟高精度定位的嶄新時代。
無人水面艇感知技術發展綜述
也有學者進行類似用途的目標檢測研究，如沉船考古勘探、海洋棲息地探測采樣、水電站狀況調研、動態環境監測、石油泄漏檢測、浮游植物監測等[23]。
圖6 不同珊瑚檢測與識別[23]
Fig.6 Different coral detection and identification[23]
Papadopoulos等[24]使用USV搭載激光掃描儀和側掃聲吶掃描水線上方和下方的海洋結構，針對海洋環境中的3-D表面重建問題進行研究，主要作用于GPS信號缺失情況下的目標檢測及海底重構，圖7所示為該方法下的碼頭檢測結果。Beall等[25]提出了對水下環境和生態系統演變的定期檢測技術，通過二維圖像構建3-D模型，獲取高精度海底地形，如圖8所示。
圖7 碼頭檢測[24]
Fig.7 Terminal detection[24]
圖8 海底地形重構[25]
Fig.8 Submarine topographic reconstruction[25]
目前，為了發揮不同傳感器的優勢，基于多傳感器檢測信息融合的目標檢測趨勢得到了進一步的發展，可以進一步進行運動目標的檢測。同時由于深度學習的興起，基于圖像的目標檢測是目前的主流檢測方式，但是該類方法需要依賴大量的前期訓練數據積累，針對不確定的目標檢測仍然存在一定的局限性。
2 目標跟蹤
除了目標檢測方法，進一步對運動目標進行跟蹤以獲得更準確的實時信息也得到了廣泛的研究。由于光線和時間的影響，水面運動目標的周圍環境經常發生變化，同時也存在各種無法準確預設的干擾；由于目標的運動，目標自身的大小和形狀也會隨時間發生變化，因此相較于在水面復雜環境中準確檢測目標，準確跟蹤運動目標的研究更具有挑戰性。
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